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    • 专利摘要:
    EinePermanentmagnet-Rotationsmaschine weist einen Läufer (3) mit einem Permanentmagneten(32), der eine Vielzahl von umfangsmäßig vorgesehenen Magnetpolenhat und an der Grenzlinie zwischen den Magnetpolen in dem Permanentmagneten(32) mit einer Schrägungversehen ist, und einen Ständer(2) auf, der einen Ständereisenkern(21) von nahezu zylindrischer Gestalt hat, der mit einer Vielzahlvon nach innen ragenden konvexen Polen ausgebildet ist, wobei derLäufer(3) in dem Ständer(2) angeordnet ist; die Rotationsmaschine ist dadurch gekennzeichnet,daß derobere Grenzwert eines Schrägungswinkelskleiner als ein theoretischer Winkel Θs (elektrischerWinkel) ist und der untere Grenzwert größer als der halbe theoretischeWinkel Θs ist, wobei der theoretische Winkel Θs definiert ist als:Θs =180 x (Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer)/(kleinstes gemeinsamesVielfaches der Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer und der Anzahl von Magnetpolenin dem Ständer)[Grad].
    公开号:DE102004030831A1
    申请号:DE200410030831
    申请日:2004-06-25
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Tomohiro Kikuchi；Haruyuki Kometani；Takashi Tamura；Shinichi Yamaguchi
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:H02K1-22
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Permanentmagnet-Rotationsmaschine,wie etwa einen Servomotor, und insbesondere eine Permanentmagnet-Rotationsmaschinegeringer Größe und hoherLeistungsdichte, bei der das Hakmoment reduziert ist.
    [0002] Beider typischen Konstruktion einer Permanentmagnet-Rotationsmaschineist ein Läuferim Inneren eines Ständersangeordnet. Der Ständerist mit einer Vielzahl von Magnetpolen ausgebildet, wobei eine Vielzahlvon Ständerwicklungenan dem Innenumfang eines Ständereisenkernsvon nahezu zylindrischer Gestalt vorgesehen ist, der mit einer Vielzahlvon nach innen ragenden konvexen Polen ausgebildet ist. Der Rotoroder Läuferhat einen Läufereisenkern,der so angeordnet ist, daß erum einen Mittelpunkt des Ständersals einer zentralen Drehachse drehbar ist.
    [0003] EinPermanentmagnet ist an der Oberfläche oder im Inneren des Läufereisenkernsvorgesehen und so magnetisiert, daß N-Pole und S-Pole alternierendin einer Umfangs- bzw.Drehrichtung angeordnet sind. Bei dieser Rotationsmaschine werdendie Ständerwicklungenin geeigneter Weise erregt, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen,so daß derLäuferum die zentrale Drehachse gedreht wird.
    [0004] Beider vorstehenden Permanentmagnet-Rotationsmaschine tritt eine Drehmomentabweichungauf, die als Hakmoment bezeichnet wird. Das Hakmoment erzeugt Vibrationenoder Lärmoder verschlechtert die Steuerleistung der Rotationsmaschine.
    [0005] ZurVerringerung dieses Hakmoments ist es wohlbekannt, an der Grenzliniezwischen Magnetpolen des Permanentmagneten eine Schrägung vorzusehen.Im allgemeinen ist der Zwischenpol zwischen dem N-Pol und dem S-Poldes Permanentmagneten ein linearer Raum, der zu der zentralen Drehachseschrägist. Ein theoretischer Schrägungswinkel α (mechanischerWinkel) zur stärkstenVerringerung des Hakmoments ist α = 360/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl von Wicklungen und der Anzahlvon Magnetpolen auf der Ständerseite)[Grad](sieheJP-A-2000-308286).
    [0006] Wenndieser theoretische Schrägungswinkelals elektrischer Winkel dargestellt wird, ausgedrückt durchdie Anzahl von Magnetpolen (Polen) des Läufers und die Anzahl von Magnetpolen(Nuten} des Ständers,ist der theoretische Schrägungswinkel θs, der das Hakmoment am stärksten reduziert,wie folgt gegeben: θs = 180 × (AnzahlMagnetpole des Läufers)/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl Wicklungen des Läufers undder Anzahl Magnetpole des Ständers)[Grad] (1).
    [0007] Wennder theoretische Schrägungswinkel θs (elektrischer Winkel) theoretisch auf dievorstehende Weise festgelegt und bei einer gebauten umlaufendenElektromaschine angewandt wird, kann die Verringerung des Hakmomentsimmer noch ungenügendsein. Der Grund hierfürist, daß inder Axialrichtung (Richtung der zentralen Drehachse) durch Anwendungder Schrägungein Streufluß auftritt,aber der Einfluß dermagnetischen Sättigunginfolge dieses Streuflusses nicht berücksichtigt wird.
    [0008] Andererseitsmuß diePermanentmagnet-Rotrationsmaschine eine geringe Größe und einehöhere Leistungsdichtehaben, und die physischen Dimensionen sollen bei gleicher Leistungverringert sein. Zur Verringerung der physischen Dimensionen muß aber dieelektrische oder magnetische Belastung erhöht werden. Wenn aber die elektrischeBelastung erhöhtwird, dann wird in den Wicklungen mehr Wärme erzeugt, was mit hoherWahrscheinlichkeit dazu führt,daß dieDauerbetriebsbedingungen infolge von erhöhten Temperaturen nicht erfüllt werden.
    [0009] Damitist es schwierig, die geringe Größe und diehöhereLeistungsdichte durch Erhöhungder elektrischen Belastung zu erreichen. Es ist also erwünscht, diegeringe Größe und höhere Leistungsdichtedurch eine Erhöhungder magnetischen Belastung oder der Magnetflußdichte zu erreichen.
    [0010] Aufgabeder Erfindung ist die Angabe einer Permanentmagnet-Rotationsmaschine,die fähigist, eine höhereLeistungsdichte durch Erhöhender Magnetflußdichtezu erzielen, währendzugleich das Hakmoment kleiner als der theoretische Schrägungswinkelgemacht wird.
    [0011] DieErfindung gibt eine Permanentmagnet-Rotationsmaschine an, die folgendesaufweist: einen Läufermit einem Permanentmagneten, der eine Vielzahl von in Umfangsrichtungvorgesehenen Magnetpolen hat und an der Grenzlinie zwischen denMagnetpolen in dem Permanentmagneten mit einer Schrägung versehen ist,und einen Ständer,der einen Ständereisenkernvon nahezu zylindrischer Gestalt hat, der mit einer Vielzahl vonnach innen vorspringenden konvexen Polen ausgebildet ist, wobeider Läufermit dem Ständerangeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein obererGrenzwert eines Schrägungswinkelskleiner ist als ein theoretischer Winkel θs (elektrischerWinkel) und ein unterer Grenzwert größer als der halbe theoretischeWinkel θs ist, wobei der theoretische Winkel θs definiert ist als θs = 180 × (Anzahlvon Magnetpolen in dem Läufer)/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer undder Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer) [Grad].
    [0012] DieErfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmaleund Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmeauf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    [0013] 1 ist eine Perspektivansicht,die die wesentlichen Aspekte einer Permanentmagnet-Rotationsmaschinegemäß einerAusführungsform1 der Erfindung zeigt;
    [0014] 2 ist eine Draufsicht, diedie Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindungzeigt;
    [0015] 3 ist ein Beziehungsdiagramm,das eine Axialverteilung der Größe des Hakmomentszeigt, wobei ein Parameter die Magnetflußdichte (Maximalwert bei Nichtbelastung)in einem zentralen Teil von Ständerzähnen inder Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, die eine Ausgangsleistungvon 50 W hat;
    [0016] 4 ist ein Beziehungsdiagramm,das eine Axialverteilung der Größe des Hakmomentszeigt, wobei ein Parameter die Magnetflußdichte (Maximalwert bei Nichtbelastung)in einem zentralen Teil von Ständerzähnen inder Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, die eine Ausgangsleistungvon 100 W hat;
    [0017] 5 ist ein Beziehungsdiagramm,das eine Axialverteilung der Größe des Hakmomentszeigt, wobei ein Parameter die Magnetflußdichte (Maximalwert bei Nichtbelastung)in einem zentralen Teil von Ständerzähnen inder Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, die eine Ausgangsleistungvon 200 W hat;
    [0018] 6 ist ein Beziehungsdiagramm,das eine Axialverteilung der Größe des Hakmomentszeigt, wobei ein Parameter die Magnetflußdichte (Maximalwert bei Nichtbelastung)in einem zentralen Teil von Ständerzähnen inder Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, die eine Ausgangsleistungvon 400 W hat;
    [0019] 7 ist ein Beziehungsdiagramm,das eine Axialverteilung der Größe des Hakmomentszeigt, wobei ein Parameter die Magnetflußdichte (Maximalwert bei Nichtbelastung)in einem zentralen Teil von Ständerzähnen inder Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, die eine Ausgangsleistungvon 750 W hat; und
    [0020] 8 ist ein Beziehungsdiagramm,das die gemessenen Ergebnisse der Größe des Hakmoments beim jeweiligenSchrägungswinkelzeigt.
    [0021] Die 1 und 2 zeigen eine Permanentmagnet-Rotationsmaschinegemäß einerAusführungsform1 der Erfindung. Dabei ist 1 einePerspektivansicht, die das Wesen der Permanentmagnet-Rotationsmaschinezeigt, und 2 ist eineDraufsicht.
    [0022] Wiedie 1 und 2 zeigen, hat ein Läufer 3 einenPermanentmagneten 32, der an der Außenumfangsfläche einesLäufereisenkerns 31 angeordnetist, der auf einer Läuferwelle 33 befestigtist. Die Magnetpole 32a bis 32f des Permanentmagneten 32 sindso magnetisiert, daß N-Poleund S-Pole alternierend in der Umfangsrichtung (Drehrichtung) angeordnetsind, wobei an der Grenzlinie zwischen den Magnetpolen 32a und 32b, 32b und 32c, 32c und 32d, 32d und 32e, 32e und 32f sowie 32f und 32a eineSchrägung(Schrägungswinkel θ) vorgesehenist. In 2 hat der Läufer 3 sechsMagnetpole.
    [0023] DerStänder 2 hateine Vielzahl von Magnetpolen, die gebildet sind durch Vorseheneiner Vielzahl von Ständerwicklungen 22 andem Innenumfang eines Ständereisenkerns 21 vonnahezu zylindrischer Gestalt, die mit einer Vielzahl von konvexenPolen (Zähnen)ausgebildet sind, die nach innen vorspringen. Die Zahl der Magnetpole(Nuten) des Ständers 2 in 2 ist neun.
    [0024] DerLäufer 3 hateinen Läufereisenkern 31,der um einen Mittelpunkt des Ständers 2 herumals einer zentralen Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei dieStänderwicklungen 22 entsprechenderregt werden, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen, so daß der Läufer 3 umdie zentrale Drehachse herum gedreht wird.
    [0025] Beidieser Ausführungsformist der theoretische Schrägungswinkel θs (der elektrische Winkel) aus der obigenGleichung (1) wie folgt gegeben: θs = 180 × (Anzahlvon Magnetpolen des Läufers)/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl von Magnetpolen des Läufers undder Anzahl von Magnetpolen des Ständers) = 180 × 6/18 =60°,wobeider Schrägungswinkel θ (der elektrischeWinkel) des Läufers 3 kleinerals der theoretische Schrägungswinkelvon 60° undgrößer alsder halbe theoretische Schrägungswinkelvon 30° ist.
    [0026] Zuerstsoll der Mechanismus des Auftretens eines Hakmoments in einer umlaufendenZweipol-Dreinut-Permanentmagnetmaschine vom Schenkelpoltyp mit konzentrischenWicklungen erläutertwerden, wobei beispielhaft die Anzahl von Magnetpolen des Läufers zweiist und die Anzahl von Magnetpolen des Ständers drei ist.
    [0027] Esist bekannt, daß dasHakmoment hauptsächlichinfolge einer Wechselwirkung zwischen Ständernut-Oberwellen (die mitdurch Ständernutenverursachten Änderungendes Luftspaltleitwerts zusammenhängen)und MMK-Oberwellen des Läufersauftritt (weil die MMK-Wellenform des Magneten von der Sinuswelle abweicht).
    [0028] Fernerwird der Einfluß dermagnetischen Sättigungauf das Hakmoment als Wechselwirkung zwischen Ständernut-Oberwellen und Oberwelleninfolge der magnetischen Sättigungangesehen. Da die Hauptkomponenten von Oberwellen infolge der magnetischenSättigungdie gleiche Ordnung wie die MMK-Oberwellen des Läufers haben, sind im allgemeinenzur einfachen Erläuterungdie auf die magnetische SättigungzurückgehendenOberwellen in den MMK-Oberwellen des Läufers enthalten.
    [0029] Dabeihat im Fall des radial magnetisierten ringartigen Magneten 32 dieMMK des Magneten eine Rechteckwellenform für die MMK-Oberwellen des Läufers 3.Daher werden die geradzahligen Oberwellen aufgehoben, und es erscheinennur die ungeradzahligen Oberwellen. Da die Luftspalt-MagnetflußdichteBr – die vonder Läufer-MMKerzeugt wird – hauptsächlich ausdem Produkt der MMK-Oberwellen des Läufers und der gleichmäßigen Permeanzerrechnet wird, wird die von den MMK-Oberwellen des Läufers erzeugte Luftspalt-MagnetflußdichteBr(z) auf die folgende Weise ausgedrückt. Dienachstehende Formel stellt jedoch die Luftspalt-Magnetflußdichtein der z-Koordinatedar, wenn die z-Koordinate entlang der Axialrichtung gesehen wird. [Formel1 ]
    [0030] Fernerwird die Luftspalt-MagnetflußdichteBs(z) in der z-Koordinate infolge von Nutoberwellendes Ständers 2 hauptsächlich alsNutpermeanz-Oberwellen × Grund-MMKerrechnet und durch die nachstehende Formel ausgedrückt. [Formel2]
    [0031] Wenndie Anzahl von Polen (Anzahl der Magnetpole des Läufers 3)ein ganzzahliges Vielfaches von zwei ist, wird natürlich dieOrdnung von räumlichenOberwellen mit der Anzahl von Polpaaren multipliziert, um den gleichenAusdruck zu erhalten, wobei die Verallgemeinerung in bezug auf dieAnzahl von Polen nicht verlorengeht. Außerdem wird der Koeffizientj nur in der Anzahl von Nuten (Anzahl von Magnetpolen des Ständers 2)geändert,so daß dieVerallgemeinerung nicht verlorengeht. Somit wird nachstehend eineZweipol-Dreinut-Maschine beschrieben.
    [0032] Zuerstwird eine Schrägmagnetisierungdes Permanentmagneten 32 in eine Formel gebracht. Die Schrägmagnetisierungbedeutet, daß diePhase der MMK des Läufers 3 axialgeändertwird. Unter Berücksichtigungdieses Einflusses in den Ausdrücken(2) und (3) wird die Schrägmagnetisierungdurch die nachstehende Formel ausgedrückt. [Formel3]
    [0033] Dabeiist δ(z)die Phase, die sich infolge der Schräge axial ändert.
    [0034] DasHakmoment tritt infolge der Wechselwirkung der Oberwellen auf, diedurch die Ausdrücke(4) und (5) bezeichnet sind, und wird durch Berechnen von Ausdruck(4) × Ausdruck(5) untersucht.
    [0035] DasHakmoment ist keine partielle EMK, sondern als integraler Wert derEMK um die umlaufende Maschine herum dargestellt. Wenn daher dieOrdnung von räumlichenOberwellen nicht Null ist, dann ist der integrale Wert um die Rotationsmaschineherum notwendigerweise Null, so daß das Hakmoment Null ist. Esist somit nur erforderlich, die Kombinationen von Oberwellen zuuntersuchen, bei denen unter den Oberwellen, die durch Ausdruck(4) × Ausdruck(5) errechnet werden, die Ordnung von räumlichen Oberwellen Null ist.
    [0036] Esgibt zwar eine großeZahl von Kombinationen, bei denen die Ordnung von räumlichenOberwellen Null ist, das Hakmoment tendiert jedoch dazu, bei einerKomponente kleinerer Ordnung größer zu sein.Ferner kann jede Kombination von Oberwellen gleicher Frequenz (zeitlichenOberwellen) verwendet werden, ohne den Ausdruck zu ändern.
    [0037] Dabeiwird hier ein Fall von m = 1 mit positivem Vorzeichen nach m undj = 2 mit negativem Vorzeichen nach j betrachtet. In diesem Fallsind die Ordnungen von räumlichenOberwellen in den Ausdrücken(4) und (5) beide 5 (räumlicheOberwellen fünfterOrdnung), und die Ordnung der räumlichenOberwellen kann durch Multiplikation derselben Null sein.
    [0038] DasHakmoment C wird, wenn die Ordnung von räumlichen Oberwellen Null ist,durch die nachstehende Formel ausgedrückt. [Formel4]
    [0039] Dabeiist A eine Konstante, die zu dem Quadrat der Magnetflußdichteproportional ist, wobei es eine axiale Verteilung aufgrund von axialemMagnetfluß gibt,die durch Schrägungverursacht wird. Dabei ist 1 die Länge des Eisenkerns, und γ ist dieAnfangsphase.
    [0040] DasHakmoment aufgrund der magnetischen Sättigung wird ebenfalls durchgenau die gleiche Formel ausgedrückt. [Formel5]
    [0041] Dabeiist D eine Konstante, die zu dem Quadrat der Magnetflußdichteproportional ist, wobei es eine axiale Verteilung aufgrund von axialemMagnetfluß,verursacht durch Schrägung,gibt. Dabei ist ξ dieAnfangsphase.
    [0042] Dahier der Koeffizient vor ωtin den Ausdrücken(6) und (7) den Wert 6 hat, ist die Hauptkomponente des Hakmoments6f (f = Grundfrequenz).
    [0043] DieSumme des Hakmoments in den Ausdrücken (6) und (7) ist zwar demtatsächlichenHakmoment angenähert,man findet jedoch ohne weiteres, daß dann, wenn A(z) und D(z)Konstantwerte ohne axiale Verteilung sind, das Hakmoment der 6f-Komponenteam stärkstenbei dem theoretischen Winkel von 60° reduziert wird.
    [0044] Wennjedoch A(z) und D(z) irgendeine axiale Verteilung haben, wird davonausgegangen, daß das Hakmomentin dem axialen zentralen Teil kleiner ist, in dem das durch MMK-Oberwellenverursachte Hakmoment und das durch magnetische Sättigungverursachte Hakmoment einander in der Phase aufheben.
    [0045] Nachstehendwird der in dem Motor auftretende axiale Magnetfluß beschrieben.Der von dem Permanentmagneten 32 erzeugte Magnetfluß kann eventuellin Axialrichtung fließen,wenn irgendeine Schrägung vorliegt.Das heißt,es gibt einen magnetischen Streufluß, der an dem Zwischenpol ander Oberflächedes Läufers 3 axialstreut (durch den Pfeil 11 in 1 bezeichnet), einen axialen magnetischenStreufluß andem Endbereich (durch den Pfeil 12 in 1 bezeichnet) und einen magnetischenStreufluß,der axial durch die Zähne desStändersfließtund in den Läufereintritt (durch den Pfeil 13 in 1 bezeichnet und nachstehend als Zahnende-Streumagnetfluß bezeichnet).
    [0046] Inder Praxis wurde füreine Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit sechs Polen und neunNuten (die Zahl von Magnetpolen des Läufers ist sechs und die Zahlvon Magnetpolen des Ständersist neun) mit den Ausgangsleistungen von 50 W, 100 W, 200 W, 400W und 750 W die dreidimensionale elektromagnetische Analyse in demzentralen Teil von Zähnenin dem Ständer 2 durchgeführt unterBerücksichtigungdes axialen magnetischen Streuflusses (Pfeile 11 bis 13)und unter Nutzung der Parameter der Magnetflußdichte (Maximalwert zum Zeitpunktder Nichtbelastung).
    [0047] AlsResultat wurden die axialen Verteilungen des Hakmoments mit demWert, der in den 3, 4, 5, 6 und 7 gezeigt ist, erhalten.Die Vergleiche werden nachstehend aufgeführt.
    [0048] Inden 3 bis 7 ist die Querachse die axialeHöhe desLäufers 3,normiert mit der axialen Länge desLäufers 3,und die Längsachseist der Prozentsatz der 6F-Komponente des Hakmoments des Nenndrehmoments(ungefährerWert der Summe des Vektors A(z) und des Vektors D(z)).
    [0049] Inden 3 und 4 bezeichnet das schwarzeKreiszeichen
    [0050] Fernerbezeichnet in 7 dasschwarze Kreiszeichen
    [0051] Beider vorliegenden Erfindung ist der zentrale Teil der Zähne derBereich um den axialen zentralen Teil des Ständers herum in der Richtung,in welche die Zähnenach innen vorspringen, wie ein gestrichelter Kreis in 2 zeigt, wobei der Bereichum den zentralen Teil herum in der nach innen vorspringenden Richtungweder das vorderste Ende noch der Wurzelteil der Zähne ist.
    [0052] Dadas Hakmoment infolge von MMK-Oberwellen gemäß den Ausdrücken (6) und (7) und das Hakmomentinfolge einer magnetischen Sättigunghinsichtlich der Phase, in der es auftritt, verschieden sind, ist diemagnetische Sättigungsverteilungim allgemeinen axial unterschiedlich, und das Hakmoment hat eineaxiale Verteilung.
    [0053] Wennbei der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit höherer Ausgangsleistung undhöhererMagnetflußdichteein größerer Einfluß durchden Zahnende-Streufluß infolgeder Schrägungauftritt, wird die magnetische Sättigungin dem axialen zentralen Teil gefördert, so daß das Hakmomentinfolge der MMK-Oberwellen und das Hakmoment infolge von magnetischerSättigungin dem axialen zentralen Bereich versetzt sind, was zu dem Phänomen führt, daß das Hakmomentin dem zentralen Bereich kleiner als das Hakmoment ist, das an demEndbereich auftritt, wie aus den 3 bis 7 zu sehen ist.
    [0054] Fernerzeigen die 3 bis 7, daß der Maximalwert der Magnetflußdichtein dem zentralen Teil von Zähnendes Ständers1 T oder mehr währendder Nichtbelastung ist. Bei der Permanentmagnet-Rotationsmaschinemit hoher magnetischer Sättigungund Abschrägungist das Hakmoment in dem axialen zentralen Bereich kleiner und andem Endbereich größer.
    [0055] Inder Praxis wurde bei einer Vielzahl von Permanentmagnet-Rotationsmaschinenmit einem eine Schrägungaufweisenden Läufermit sechs Polen und neun Schlitzen, wobei die Strombedingungen derDauerleistungs-Spezifikation entsprechen, das Hakmoment durch Ändern desSchrägungswinkels(des elektrischen Winkels) gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sindin 8 angegeben. In diesemFall wurde durch die dreidimensionale elektromagnetische Analysebestätigt,daß dieMagnetflußdichtein dem zentralen Teil von Zähnenzum Zeitpunkt der Nichtbelastung zwischen ungefähr 1,25 T und 1,35 T lag.
    [0056] In 8 ist die Querachse derSchrägungswinkel,wobei der theoretische Schrägungswinkelwegen der sechs Pole und neun Schlitze 60° ist. Die Längsachse ist der Prozentsatzdes gemessenen Hakmoments zu dem Hakmoment bei dem theoretischenSchrägungswinkelals Hakmoment-Relativwert.
    [0057] In 8 stellt die mit L1 bezeichnetegestrichelte Kurve die Meßergebnissein der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit einer Ausgangsleistungvon 50 W dar; die mit L2 bezeichnete Strich-Punkt-Kurve stellt dieMeßergebnissein der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit einer Ausgangsleistungvon 100 W dar; die mit L3 bezeichnete Vollinienkurve stellt dieMeßergebnissein der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit einer Ausgangsleistungvon 200 W dar; die mit L4 bezeichnete Zweipunkt-Strich-Kurve stelltdie Meßergebnissein der Permanentmagnet-Rotations maschine mit einer Ausgangsleistungvon 400 W dar; und die mit L5 bezeichnete Vollinienkurve stelltdie Meßergebnissein der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit einer Ausgangsleistungvon 750 W dar.
    [0058] Aus 8 ist ersichtlich, daß bei allenPermanentmagnet-Rotationsmaschinen das Hakmoment den kleinsten Werthat, wenn der Schrägungswinkelkleiner als der theoretische Schrägungswinkel von 60° ist und größer alsder halbe theoretische Schrägungswinkelvon 30° ist.
    [0059] Wennder Schrägungswinkelkleiner ist, erhöhtsich die induzierte Spannung, so daß der zusätzliche Effekt erreicht wird,daß diehöhereLeistungsdichte erzielt wird.
    [0060] 8 zeigt zwar die Meßergebnissefür denWert des Hakmoments bei dem Schrägungswinkel(dem elektrischen Winkel), wenn der Maximalwert der Magnetflußdichtein dem zentralen Bereich von Zähnendes Ständerszwischen ungefähr1,25 T und 1,35 T im unbelasteten Zustand liegt.
    [0061] Beider Permanentmagnet-Rotationsmaschine, bei der der maximale Wertder Magnetflußdichtein dem zentralen Bereich von Zähnendes Ständers1T oder mehr im unbelasteten Zustand liegt, gibt es eine deutlicheTendenz in die Richtung, daß dasHakmoment in dem axialen zentralen Bereich kleiner und in dem Endbereichgrößer ist,wie die 3 bis 7 zeigen. Somit können bei1 T oder mehr die gleichen Ergebnisse wie in 8 erzielt werden.
    [0062] Wennin den 3 bis 7 der Maximalwert der Magnetflußdichtein dem zentralen Bereich von Zähnen desStänders1 T oder mehr im unbelasteten Zustand ist, besteht eine deutlicheTendenz dahingehend, daß dasHakmoment in dem axialen zentralen Bereich kleiner und an dem Endbereichgrößer ist.Der Grenzwert der Magnetflußdichtekann jedoch in Abhängigkeitvon der Ausgangsleistung der Permanentmagnet-Rotationsmaschine,der axialen Länge,dem Maß derStreuung des Zahnende-Streumagnetflusses und der Anzahl von Magnetpolendes Läufersund des Ständersverändertwerden.
    [0063] Beider vorstehenden Ausführungsformwird die Erfindung bei einer Permanentmagnet-Rotationsmaschine angewandt,bei der das Verhältnisder Anzahl von Magnetpolen (Polen) des Läufers zu der Anzahl von Magnetpolen(Nuten) des Ständers2:3 ist. Bei der Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit diesem Verhältnis derAnzahl von Magnetpolen ist das kleinste gemeinsame Vielfache derAnzahl von Magnetpolen des Läufersund der Anzahl von Magnetpolen des Ständers relativ klein, und dasHakmoment ist größer, sodaß es wirkungsvollerist, den optimalen Schrägungswinkelzu wählen.
    [0064] Eserübrigtsich zu sagen, daß dieErfindung nicht auf das obige Verhältnis der Anzahl von Magnetpolenbeschränktist, sondern auch bei Permanentmagnet-Rotationsmaschinen anwendbarist, die ein anderes Verhältnisder Anzahl von Magnetpolen haben.
    [0065] Außerdem wirdbei der obigen Ausführungsformeine Permanentmagnet-Rotationsmaschine beschrieben, deren Läufer imInneren des Ständersvorgesehen ist. Selbstverständlichkann die Erfindung auch bei einer Permanentmagnet-Rotationsmaschinevom Außenläufertypangewandt werden, bei welcher der Ständer im Inneren des Läufers angeordnetist.
    [0066] Wieoben beschrieben, wird gemäß der Erfindungeine Permanentmagnet-Rotationsmaschine angegeben, die folgendesaufweist: einen Läufermit einem Permanentmagneten, der eine Vielzahl von umfangsmäßig angeordnetenMagnetpolen hat und mit einer Schrägung an der Grenzlinie zwischenden Magnetpolen in dem Permanentmagneten versehen ist, und einenStänder,der einen Ständereisenkernvon nahezu zylindrischer Gestalt hat, der mit einer Vielzahl vonkonvexen Polen ausgebildet ist, die nach innen vorstehen, wobei derLäufergemeinsam mit dem Ständerangeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der obereGrenzwert eines Schrägungswinkelskleiner als ein theoretischer Winkel θs (elektrischerWinkel) ist und daß deruntere Grenzwert größer alsder halbe theoretischer Winkel θs ist, wobei der theoretische Winkel θs wie folgt definiert ist: θs = 180 × (AnzahlMagnetpole in dem Läufer)/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer undder Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer) [Grad].
    [0067] Somitkann eine Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit höherer Leistungsdichtedadurch produziert werden, daß dieMagnetflußdichteerhöhtwird, währendzugleich das Hakmoment kleiner als bei dem theoretischen Schrägungswinkelgemacht wird.
    权利要求:
    Claims (3)
    [1] Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die folgendesaufweist: – einenPermanentmagneten mit einer Vielzahl von Magnetpolen; – einenLäufer(3) mit dem umfangsmäßig angeordnetenPermanentmagneten (32), der an der Grenzlinie zwischenden Magnetpolen in dem Permanentmagneten (32) mit einerSchrägungversehen ist; – einenStändereisenkern(21) mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt, der miteiner Vielzahl von nach innen ragenden konvexen Polen ausgebildetist; und – einenStänder(2), in dessen Innerem der Ständereisenkern (21)und der Läufer(3) angeordnet sind, wobei ein oberer Grenzwert einesSchrägungswinkelskleiner als ein nachstehend angegebener theoretischer Winkel θs (elektrischerWinkel) ist und ein unterer Grenzwert größer als der halbe theoretischeWinkel θs ist, wobei der theoretische Winkel θs wie folgt definiert ist: θs = 180 × (Anzahlvon Magnetpolen in dem Läufer)/(kleinstesgemeinsames Vielfaches der Anzahl von Magnetpolen in dem Läufer undder Anzahl von Magnetpolen in dem Ständer) [Grad].
    [2] Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derMaximalwert der Magnetflußdichtein einem zentralen Bereich der konvexen Pole zu einem entlastetenZeitpunkt gleich oder größer 1T ist.
    [3] Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß dasVerhältnisder Anzahl von Magnetpolen des Läuferszu der Anzahl von Magnetpolen des Ständers 2:3 ist.
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    US20040251761A1|2004-12-16|Radial airgap, transverse flux motor
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP4089527B2|2008-05-28|
    CN1578062A|2005-02-09|
    US7034424B2|2006-04-25|
    CN100454716C|2009-01-21|
    JP2005020930A|2005-01-20|
    US20050012419A1|2005-01-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-20| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2011-08-09| R016| Response to examination communication|
    2011-08-30| R016| Response to examination communication|
    2015-09-29| R084| Declaration of willingness to licence|
    2017-09-05| R016| Response to examination communication|
    2021-12-07| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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